Рассмотрен вопрос поиска методики проектирования новых диагностических систем для железнодорожного подвижного состава, в частности, для локомотивов, в условиях недостатка знания и опыта при проектировании новых систем. Предложено для решения указанной задачи адаптировать методологию технической инновационики, ранее созданную авторами для проектирования систем инженерного эксперимента. Предложен общий алгоритм создания новых диагностических систем.
Загрузка...
Процесс создания системы технической диагностики практически любой технической системы давно известен и много раз проверен. Он включает следующие стадии.
1. Определение узла, лимитирующего надежность системы.
2. Глубокое изучение физических основ функционирования узла.
3. Формирование алфавита классов состояний узла, которые должны распознаваться системой диагностики и требуемого уровня локализации отказов.
4. Определение набора диагностических параметров, признаков и критериев, достаточного для распознавания всех состояний из ранее определенного алфавита классов.
5. Разработка системы измерения диагностических параметров, определения диагностических признаков, критериев и способов классификации/распознавания классов состояний.
6. Оценка эффективности применения системы диагностирования (соотношения цены диагноза и цены отказа).
7. Внедрение системы.
Что может изменить в этом перечне техническая инновационика или любой другой подход?
В настоящее время нет принципиальных технических, теоретических или методологических сложностей создания системы диагностики практически любого узла подвижного состава. Однако процесс создания большинства из них закончится (и заканчивается) на пункте 6, поскольку при относительно высоком уровне надежности ответственных узлов ПС, реальные (а не выдуманные) издержки, связанные с ликвидацией последствий их отказов, намного меньше стоимости разработки, внедрения и эксплуатации систем их диагностики.
В отличие от авиации или морского (частично и речного) флота, где последствия даже единичных отказов несопоставимы со стоимостью систем диагностирования соответствующих узлов. Поэтому там эти системы давно созданы и успешно эксплуатируются, в том числе для подшипниковых узлов скольжения, один из которых упомянут в статье — технически это не самые сложные узлы для диагностики.
А на железнодорожном ПС их нет и, по крайней мере, в ближайшее время, не будет. И, к сожалению, никакие подходы, как бы красиво и современно они не назывались, этой ситуации не изменят.
Владимир Васильевич — добрый день!
Спасибо за подробный комментарий.
1. Техническая инновационика не противоречит известной последовательности стадий создания систем технической диагностики. Она облегчает ее практическую реализацию в случаях, когда мы сталкиваемся с новыми, недостаточно изученными задачами.
Так, «глубокое изучение физических основ функционирования узла» и «определение набора диагностических параметров, признаков и критериев…» предполагает проведение большого объема инженерных экспериментов методами инструментальных исследований, включая натурные эксперименты, которые для подвижного состава железных дорог отличаются сложностью, трудоемкостью и дороговизной. При этом физические основы функционирования узла могут представлять собой сложный комплекс различных физических явлений, далеко не всегда полностью изученных. В качестве примера можно сказать, что на сегодняшний день не существует теоретической модели, которая бы позволила прогнозировать величину сцепления колеса с рельсом для произвольных условий, при этом эмпирические результаты, полученные разными исследователями в разных странах, весьма существенно отличаются между собой.
Методология технической инновационики упрощает создание новых методик исследования узла (например, с целью выявления диагностических признаков), за счет рассмотрения методики эксперимента, как своего рода информационной системы, которая преобразует изменение физического состояния объекта (например, ускорений в определенной точке) в информацию, пригодную для логического вывода исследователя о практическом наличии однозначной связи между интересующим состоянием объекта и измеряемым параметром (и/или его статистическими характеристиками), возможности использования данного параметра в качестве диагностического, способов использования этого параметра и т.п.
Аналогично на стадии разработки системы диагностических параметров разработчик может сталкиваться с задачами, ранее не решавшимися в практике конструирования подобных приборов. Методология технической инновационики в этом случае позволяет отказаться от непроизводительного метода проб и ошибок, и облегчает поиск принципиально новых решений на уровне изобретений.
2. Что касается утверждения об отсутствии принципиальных сложностей создания системы диагностики практически любого узла, и практически невыгодном их создании при существующей надежности узлов подвижного состава, то данное утверждение будет, несомненно, справедливо применительно к системе планово-предупредительных ремонтов с жесткими нормативами пробега, в течении которых обеспечивается заведомо незначительный уровень отказов. Однако в связи с разными условиями эксплуатации и режимами работы локомотивов такая система ведет к издержкам, вызванным тем, что часть локомотивов направляется на ремонт и обслуживание раньше, чем в этом возникает техническая необходимость, обусловленная состоянием узлов. При этом меры, предпринимаемые конструкторами подвижного состава для увеличения межремонтного пробега, одновременно ведут к росту сложности и трудоемкости ремонта узлов локомотивов и необходимости направлять локомотивы или их агрегаты на специализированные предприятия (в том числе и предприятию-изготовителю). Так, сложность и трудоемкость ремонта колесно-моторного блока электровоза 2ЭС10 неизмеримо выше, чем у электровозов серии ВЛ, естественно, при существенном увеличении межремонтных пробегов. При этом замена МОП качения требует расформирования колесной пары.
Поэтому объективно потребность в дальнейшем увеличении количества диагностируемых в ходе эксплуатации узлов растет, что подтверждают те же имеющиеся в эксплуатации образцы тягового и моторвагонного подвижного состава фирм Сименс и Штадлер.
3. Последствия отказа узлов на части перспективного железнодорожного подвижного состава постепенно приближаются к последствиям отказов в авиации. Так, в 1998 году крушение поезда ICE под Эшеде (Германия) привело к гибели 101 пассажира и ранении 88. При этом поезд двигался со скоростью 200 км/ч, в то время как в настоящее время в нашей стране планируется строительство ВСМ, рассчитанной на движение со скоростью 400 км/час.
С другой стороны, быстрое развитие микроэлектроники ведет к удешевлению электронных устройств и массовому их применению. Наглядным примером является массовое применение в последние годы в военном деле малоразмерных БПЛА, в частности FPV- дронов, в связи с их низкой стоимостью по сравнению с другими системами того же назначения. Это в полной мере касается и бортовых систем диагностирования.